Исследование фазового состава и ИК-спектров гидроксиапатита допированого медью.
Аль-, ,
.
аспирант
Воронежский Государственный Университет, физический факультет,
Воронеж, Россия
*****@
Материалы на основе фосфатов кальция рассматриваются как наиболее перспективные для восстановления и замещения дефектов костных и зубных тканей. Гидроксиапатит кальция Са10(РО4)6(ОН)2 (ГАП), являясь аналогом минеральной составляющей костной и зубной ткани, активно применяется в костной пластике в виде паст, гранул, пористой или плотной керамики, покрытий и композитов [1]. Такие микроэлементы, как медь, необходимы для поддержания обмена веществ в организме человека. Однако, при более высоких концентрациях они могут привести к отравлению. Тяжелые металлы опасны, потому что они имеют тенденцию накапливаться в живых организмах. Медь также является важнейшим веществом в жизни человека, но в больших дозах она может вызвать анемию, повреждение печени и почек, а также желудочно-кишечные раздражения [2].
В данной работе беспримесный гидроксиапатит получали смешиванием растворов 0,3 М (NH4)2HPO4 и 0,5 М Ca(NO3)2.4H2O при Т=250С и значении рН = 9.5. Для получения образцов медь-замещённого (Cu-ГАП) к этим растворам добавляли раствор нитрата меди Cu(NO3)2.3H2O с рассчитанной молярной концентрацией, которая должна соответствовать содержанию меди х в твердом растворе Ca10-xCux(PO4)6(OH)2 от 1 до 3 ат % . Все полученные в результате химического осаждения образцы отфильтровывали и отжигали при 4000C. Полученные порошкообразные материалы исследовали методами рентгеноструктурного анализа (РСА) и инфракрасной спектроскопии (ИК). РСА проводили на дифрактометре «ДРОН-4-07» с использованием Cо Kα1 -излучении с λ=1,7902Å. ИК‑спектры снимали на спектрометре «Vertex-70» в диапазоне 4000 – 400 см‑1 методом НПВО.
Определение фазового состава синтезируемых образцов ГАП производилось путем сопоставления результатов РСА со значениями базы данных JCPDS-ICDD. На рис.1 представлены дифрактограммы недопированного ГАП, а также образцов Cu-ГАП, полученных с различным содержанием меди. Результаты РСА указывают на формирование при закладываемых концентрациях 1 и 2 ат % Cu однофазного твердого раствора Cu-ГАП, в котором атомы меди при замещении атомов кальция в кристаллической решетке ГАП проявляют двухвалентное состояние. Однако при закладываемых 3 ат% Cu в образце наряду с основной фазой твердого раствора Cu-ГАП появляется вторая фаза Сa19Cu2H2(PO4)14, (карточка 46-0412 JCPDS-ICDD), в которой атомы меди проявляют одновалентное состояние.
Параметры гексагональной решетки беспримесного кальций-дефицитного ГАП a = 0.9434 нм и c = 0.6880 нм хорошо согласуются с параметрами международной базы данных для ГАП ( ICDD 09-0432: a = 0,9418 нм, с = 0,6884 нм). В то же время частичное замещение атомов кальция меньшими по размерам атомами меди приводит к заметному уменьшению параметров решетки образцов допированных Cu-ГАП. В образце с 1 ат % Cu-ГАП a= 0.9429 нм и c= 0.6878 нм, в образце с 3 ат % Cu –ГАП a=0.9421нм и c= 0.6866 нм.
Оценку размеров кристаллитов полученных образцов производили в соответствии с формулой Дебая-Шеррера, сравнивая полуширину дифракционной линии (002) образца (2θ = 25.9760 ), с полушириной линии (111) поликристаллического кремния (2θ = 28.5120). Полученные оценки размеров кристаллитов показывают, что методом осаждения из раствора мы получили беспримесный нанокристаллический гидроксиапатит со средними размерами нанокристаллов ~50 нм, сравнимыми с размерами нанокристаллов, полученными аналогичными методами в других работах. Введение атомов меди в кристаллическую решетку ГАП приводит к некоторому уменьшению размеров нанокристаллов, в среднем, до ~45 нм.
|
|
Рис.1 Дифрактограммы образцов ГАП и Cu‑ГАП | Рис. 2. ИК-спектры образцов ГАП и Cu‑ГАП. |
На рис.2 представлены ИК-спектры порошков синтезированного ГАП и Cu-ГАП. В спектрах всех образцов присутствуют моды, характерные для беспримесного гидроксиапатита кальция, и только в образце Cu-ГАП с закладываемым 3% содержанием меди и содержащем вторую фазу, появляется слабый пик при ~725 см-1. Высокоинтенсивные моды в области 1037 и 967 см-1 относятся к группе PO4-3. Полосы 3572 см-1 и 630 см-1, соответствуют гидроксильной группе ОН-.
1. , , . Исследование наноразмерного Гидроксиапатита на Модели In Vitro // Вестник Нижегородского университета им. . 2012, №5(1). с. 88–94.
2. Hui Yang, Bingjuan Xia, Ke-Wei Xu. Synthesis and characterization of Ag/Cu/HAP with platelet morphology // Journal of Materials Science: Materials in Medicine. 2009, №20. p.785–792.
